鐵路施工中路基沉降的控制技術(shù)探究

中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司 湖北 黃石 4350000

正文：

引言

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，為交通事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)建設(shè)鐵路可大幅度提升不同地區(qū)信息交流的效率，促進(jìn)社會(huì)持續(xù)發(fā)展。在具體施工中，路基沉降控制是重中之重，得到了施工單位的廣泛重視。為切實(shí)提升鐵路施工質(zhì)量，就必須嚴(yán)格控制路基沉降。此外，還要完善路基沉降管理體系，合理應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)，來(lái)進(jìn)一步提升路基的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，從而確保列車(chē)安全、平穩(wěn)通行。

1、工程概述

某鐵路工程全長(zhǎng)645km，設(shè)計(jì)要求時(shí)速為250km，正線全部采用CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，其中XCZQ-5標(biāo)站位的起訖里程為DK461+930～DK512+428，全長(zhǎng)50.602km，路基長(zhǎng)度為21.34km，路基開(kāi)挖石方大約為612.84萬(wàn)m3，采用AB填料進(jìn)行填方使用量為160.8m3，路基段主要頁(yè)巖地質(zhì)。軟土地基處理為3652.6延長(zhǎng)米，通過(guò)CFG樁進(jìn)行處理。為準(zhǔn)確獲知路基沉降變現(xiàn)情況，設(shè)置了兩個(gè)專(zhuān)業(yè)的路基沉降變形觀測(cè)組，用全站儀、精密水準(zhǔn)儀、測(cè)斜儀等專(zhuān)業(yè)的監(jiān)測(cè)儀器和設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

2、鐵路施工中路基沉降機(jī)理

大量工程實(shí)例和研究表明，導(dǎo)致鐵路路基發(fā)生沉降的機(jī)理體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，在列車(chē)的荷載作用下路基面發(fā)生不均勻變形，并且此種變形在列車(chē)通行過(guò)程中始終存在，需要通過(guò)提升路基面材料的質(zhì)量、提升壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)等方法來(lái)進(jìn)行合理控制。在壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)和填料材質(zhì)相同的情況下，此種沉降變形量大多在5mm之內(nèi)。

第二，在路堤自重影響下發(fā)生密實(shí)沉降，此時(shí)，填料材質(zhì)、高度不同，沉降變形的具體數(shù)值也不不盡相同，此種沉降變形量為路基填筑高度的0.1%～0.50%之間，填筑完成1～2年之后才逐步趨于穩(wěn)定。

第三，支承路基的地基發(fā)生壓密沉降，路基高度和地基地質(zhì)特性不同，其沉降也不相同，屬于路基的主要變形部分，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能趨于穩(wěn)定性。

3、開(kāi)展路基沉降控制技術(shù)研究的重要性

3.1 有利于提升鐵路工程的總體質(zhì)量

鐵路工程對(duì)一個(gè)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展有重要意義，同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合硬實(shí)力的主要標(biāo)準(zhǔn)，因此，對(duì)鐵路工程施工質(zhì)量有很高的要求。一旦發(fā)生路基沉降，不但會(huì)增加維護(hù)的難度，而且會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)采用科學(xué)合理的沉降控制技術(shù)，可大幅度提升鐵路路基的承載力、強(qiáng)度、硬度等指標(biāo)。從而提升確保鐵路工程施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。

3.2 有利于提升列車(chē)行駛的安全性

大量工程實(shí)例表明，合理應(yīng)用路基沉降控制技術(shù)，既能提升路基的牢固性和穩(wěn)定性，也能提升列車(chē)行駛的安全性。近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，路基沉降控制愈發(fā)先進(jìn)，沉降得到了有效控制，穩(wěn)定性大幅度提升。穩(wěn)定性是影響列車(chē)行駛安全的主要因素，因此，必須采用科學(xué)合理的控制措施才能合理控制路基沉降，避免發(fā)生列車(chē)行駛安全事故[1]。

3.3 有利于體提升整體施工效益

合理控制鐵路路基沉降，既能提升施工質(zhì)量，還能促進(jìn)施工效益穩(wěn)步提升。鐵路工程普遍具有工程量大、周期長(zhǎng)、投資大等特性，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)造成無(wú)法估量的損失。而通過(guò)合理應(yīng)用路基沉降控制技術(shù)，可在縮短施工時(shí)間的基礎(chǔ)上，減少返工產(chǎn)生成本，從而提升經(jīng)濟(jì)效益。

4、鐵路施工中路基沉降的控制技術(shù)

4.1 做好沉降觀測(cè)

路基沉降控制具有很強(qiáng)的綜合性和系統(tǒng)性，合理做好沉降觀測(cè)，可準(zhǔn)確獲知路基沉降變形的發(fā)展趨勢(shì)。具體做法為：根據(jù)路基施工實(shí)際情況，設(shè)置相應(yīng)的水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)觀測(cè)樁進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以得到路基沉降的數(shù)值，再進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，就可以獲知路基沉降時(shí)間和沉降的收斂效果。并以評(píng)估效果為依據(jù)，驗(yàn)證前期設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行合理調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)路基沉降的合理控制。沉降觀測(cè)是路基沉降控制的第一步，也是最為重要的環(huán)節(jié)，因此對(duì)觀測(cè)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)有很高的要求，需要前期做好培訓(xùn)和考核工作，并制定完善的操作制度和規(guī)劃，以確保沉降觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本工程沉降變形測(cè)量等級(jí)和精度要求如表1所示：

表1 鐵路路基變形測(cè)量等級(jí)和精度要求表

在本工程沉降監(jiān)測(cè)中，共進(jìn)行了3～6個(gè)月觀測(cè)，并對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行雙曲線擬合，實(shí)測(cè)結(jié)果和理論估算值比較接近，表明鐵路工程路基沉降控制良好，可滿足列車(chē)行駛安全性的要求。

4.2 做好沉降預(yù)測(cè)和評(píng)估

在路基自重和列車(chē)行駛荷載的作用下，地基沉降會(huì)發(fā)生不同程度的變化，按照土質(zhì)固結(jié)原理，可對(duì)沉降變化的數(shù)值進(jìn)行合理估算，并對(duì)沉降觀測(cè)數(shù)值進(jìn)行逐一記錄，根據(jù)檢測(cè)數(shù)值，就能得到路基和路基沉降趨勢(shì)相符的變形規(guī)律[2]。再進(jìn)行曲線回歸分析，就可以的得到路基沉降所需的實(shí)際時(shí)間以及堆載預(yù)壓效果等參數(shù)。就可以對(duì)路基沉降預(yù)測(cè)的真實(shí)性精細(xì)驗(yàn)證評(píng)估。確保沉降偏差低于6mm，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路路基沉降的合理控制，為后期施工提供真實(shí)有效的數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。

4.3 做好路基水平位移監(jiān)測(cè)

在鐵路施工中路基沉降控制時(shí)，既要對(duì)路基沉降的實(shí)際數(shù)值進(jìn)行全面觀測(cè)，也要對(duì)路基水平位移情況進(jìn)行合理監(jiān)測(cè)。根據(jù)水平位移數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)路基位移變形的全面測(cè)量，從而得到真實(shí)的位移數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定路基的穩(wěn)定情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)際數(shù)值，制定有針對(duì)性的調(diào)整方案，從根本上確保鐵路路基的承載力和穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

在鐵路路基沉降控制中影響因素非常多，需要從多個(gè)方面同時(shí)入手，才能提升控制效果，確保施工質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)合理提升沉降控制技術(shù)的利用效率，從地質(zhì)條件勘探、技術(shù)應(yīng)用工藝、氣候條件等方面入手，全面提升沉降控制效果，確保鐵路路基施工質(zhì)量[3]。

4.4 軟土地基沉降控制技術(shù)

4.4.1 路基加固

就案例工程而言，大多數(shù)路基為頁(yè)巖地質(zhì)，通過(guò)合理處理以后就能滿足承載力的要求。但也存在軟土地基，穩(wěn)定性比較差，含水量較高，需要進(jìn)行合理處理才能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告中的規(guī)定，采用CFG樁來(lái)對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，加固原理是：利用CFG樁和樁頭、樁間土之間的密切配合，形成承載力和穩(wěn)定性更好的復(fù)合地基，從而達(dá)到控制路基不均勻沉降的目的。具體做法如下：

第一步，在CFG施工前要先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平處理，清除種植土和垃圾土，對(duì)CFG樁頂部的土質(zhì)進(jìn)行換填處理。

第二步，鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)就位，控制CFG樁的垂直度偏差在1%以下，樁位偏差小于3cm。在施工時(shí)，橫向從鐵路線路中心向兩側(cè)不斷推進(jìn)，縱向由結(jié)構(gòu)物順著鐵路線路方向進(jìn)行縱向推進(jìn)。鉆孔時(shí)先關(guān)閉鉆頭閥門(mén)，將鉆桿向下移動(dòng)接觸到地面以后，再啟動(dòng)鉆機(jī)，先緩慢鉆進(jìn)，并對(duì)鉆孔的垂直度和相關(guān)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后提升鉆進(jìn)速度[4]。

在鉆孔時(shí)如果發(fā)生鉆桿晃動(dòng)嚴(yán)重或者難以鉆進(jìn)時(shí)，要適當(dāng)減緩鉆進(jìn)速度，避免發(fā)生卡鉆或者掉鉆問(wèn)題，鉆到CFG樁設(shè)計(jì)標(biāo)標(biāo)高以后，在鉆機(jī)上塔身上做好標(biāo)記，為控制CFG樁施工長(zhǎng)度提供依據(jù)。并對(duì)樁孔進(jìn)行檢驗(yàn)，確認(rèn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，即可進(jìn)行泵送混合料，當(dāng)鉆桿芯管中灌滿混合料以后拔出注漿管。提拔速度要盡量均勻，避免影響成樁效果，控制在1.2～1.5m/min，成樁要連續(xù)進(jìn)行，確保混合料固結(jié)的一致性。注漿完成以后，用水泥蓋覆蓋樁頭進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。為便于后期施工，CFG樁的實(shí)際高程要高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高0.5m左右，樁位偏差控制在3cm以下，并且樁徑和強(qiáng)度都要高于設(shè)計(jì)值，提升鐵路路基的承載力。

第三步，CFG樁成樁8天以后，對(duì)成樁的完整性進(jìn)行低應(yīng)變力檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量不能低于中樁數(shù)量的2%，檢測(cè)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在樁頂澆筑C15混凝土進(jìn)一步擴(kuò)大樁頭。待樁頭達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后對(duì)樁頭質(zhì)量、承載力、穩(wěn)定性等進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)質(zhì)量合格以后再進(jìn)行樁頂墊層施工。

4.4.2 合理控制處理質(zhì)量

在案例工程軟土地基處理中，采用了片石和礫石加工混合加工而成的AB填料，壓碎指標(biāo)低于5%，并用反擊破碎機(jī)做破碎處理，并根據(jù)軟土地基特性做好篩分處理，篩孔規(guī)格不能超過(guò)7cmX7cm，傾斜度控制在60°左右[5]，篩析法顆粒分析實(shí)驗(yàn)組份要滿足表2中的內(nèi)容：

表2 AB填料篩析法顆粒分析實(shí)驗(yàn)組份表

篩選余下的填料，要進(jìn)行破碎處理，然后和篩選合格的填料進(jìn)行混合攪拌，針對(duì)超過(guò)規(guī)定粒徑3倍以上的填料，需要進(jìn)行人工挑揀，避免軟土地基處理時(shí)發(fā)生集料窩現(xiàn)象。此外，在施工中還要切實(shí)做好外加劑填入量，并派遣專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行填料質(zhì)量管理，確保填料的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)符合設(shè)計(jì)要求。

4.4.3 填筑質(zhì)量控制

填筑在軟土地基沉降控制的重中之重，其施工質(zhì)量直接決定了路基處理的效果，因此，必須從根本上確保填筑質(zhì)量，具體而言可以從以下幾個(gè)方面同時(shí)入手：

第一，做好工藝性試驗(yàn)。就案例工程而言，在軟土地基處理前，進(jìn)行了工藝性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，路基填土的松鋪厚度需要控制在28～30cm之間才能滿足承載力和硬度的需求。因此，采用25t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，先進(jìn)行靜壓收光，確保壓實(shí)質(zhì)量，如果發(fā)現(xiàn)壓實(shí)密實(shí)不足，則要進(jìn)行二次碾壓[6]。如果在碾壓過(guò)程中，發(fā)生由于含水量過(guò)大而無(wú)法壓實(shí)的問(wèn)題，可摻入少量水泥來(lái)降低含水量后再進(jìn)行碾壓。針對(duì)扶壁、墻背等壓路機(jī)難以到達(dá)的位置，則要采用人工夯實(shí)法進(jìn)行夯實(shí)，且夯實(shí)變數(shù)不能低于3次。

第二，分層壓實(shí)。當(dāng)填筑厚度比較大時(shí)，為確保填筑效果，則要采用分層壓實(shí)的方法，每層厚度控制在30cm左右，按照上述方法進(jìn)行分層填筑。

第三，路基檢測(cè)。當(dāng)路基填筑完成后，還要對(duì)路基的彈性變形、剛度等進(jìn)行合理控制，確保路基的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了鐵路施工中路基沉降的控制技術(shù)，分析結(jié)果表明，路基沉降關(guān)系到鐵路工程的總體施工質(zhì)量和列車(chē)行駛的安全性，需要施工單位高度重視。切實(shí)做好路基沉降控制，通過(guò)沉降觀測(cè)、觀測(cè)預(yù)測(cè)評(píng)估、施工檢測(cè)、合理應(yīng)用地基加固技術(shù)等，可有效控制地基不均勻沉降，從而提升鐵路工程施工的質(zhì)量，延遲使用壽命。符合目前我國(guó)鐵路工程事業(yè)發(fā)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求值得大力提高應(yīng)用。